LTE網(wǎng)絡(luò)的切換過程解析

1、第一章 介紹第一章 介紹 1.1研究背景1.1.1移動通信的演進(jìn)現(xiàn)代移動通信技術(shù)的發(fā)展始于上世紀(jì)20年代，大致經(jīng)歷了五個發(fā)展階段1。第一階段從上世紀(jì)20年代至40年代，為早期發(fā)展階段。在這期間，首先在短波幾個頻段上開發(fā)出專用移動通信系統(tǒng)，其代表是美國底特律市警察使用的車載無線電系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作頻率為2MHz，到40年代提高到3040MHz,可以認(rèn)為這個階段是現(xiàn)代移動通信的起步階段，特點是專用系統(tǒng)開發(fā)，工作頻率較低。 第二階段從上世紀(jì)40年代中期至60年代初期。在此期間內(nèi)，公用移動通信業(yè)務(wù)開始問世。1946年，根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的計劃，貝爾系統(tǒng)在圣路易斯城建立了世界上第一個公用汽車

2、電話網(wǎng)，稱為“城市系統(tǒng)”。當(dāng)時使用三個頻道，間隔為120kHz，通信方式為單工。第三階段從上世紀(jì)60年代中期至70年代中期。在此期間，美國推出了改進(jìn)型移動電話系統(tǒng)(IMTS)，使用150MHz和450MHz頻段，采用大區(qū)制、中小容量，實現(xiàn)了無線頻道自動選擇并能夠自動接續(xù)到公用電話網(wǎng)。第四階段從上世紀(jì)70年代中期至80年代中期。這是移動通信蓬勃發(fā)展時期。1978年底，美國貝爾試驗室研制成功先進(jìn)的移動電話系統(tǒng)(AMPS)，建成了蜂窩狀移動通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。第一代移動通信模擬蜂窩網(wǎng)雖然取得了很大成功，但也暴露了一些問題，比如容量有限、制式太多、互不兼容、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、不能

3、提供自動漫游、頻譜利用率低、移動設(shè)備復(fù)雜、費用較貴以及通話易被竊聽等，最主要的問題是其容量已不能滿足日益增長的移動用戶需求。第五階段從上世紀(jì)80年代中期開始。這是數(shù)字移動通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時期。 該階段可以再分為2G、2.5G、3G、4G等。2G主要采用的是數(shù)字的時分多址(TDMA)技術(shù)和碼分多址(CDMA)技術(shù)，與之對應(yīng)的是全球主要有GSM和CDMA兩種體制。GSM技術(shù)用的是窄帶TDMA，允許在一個射頻(即蜂窩)同時進(jìn)行8組通話。它是根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)而確定的頻率范圍在9001800MHz之間的數(shù)字移動電話系統(tǒng)，頻率為1800MHz的系統(tǒng)也被美國采納。GSM是1991年開始投入使用的。到1997年

4、底，已經(jīng)在100多個國家運營，成為歐洲和亞洲實際上的標(biāo)準(zhǔn)。GSM數(shù)字網(wǎng)也具有較強的保密性和抗干擾性，音質(zhì)清晰，通話穩(wěn)定，并具備容量大，頻率資源利用率高，接口開放，功能強大等優(yōu)點。CDMA的意思就是Code Division Multiple Access（碼分多址），這種通信系統(tǒng)的容量大，通信質(zhì)量高，抗干擾，但是技術(shù)上稍微復(fù)雜些。CDMA就是說，系統(tǒng)給每個用戶分配了一個“Code（代碼）”，系統(tǒng)根據(jù)不同的代碼來識別不同的用戶，而所有的用戶共用相同的頻率。CDMA系統(tǒng)的容量理論上是無限的，但是由于物理硬件及系統(tǒng)實現(xiàn)上的限制等，系統(tǒng)的容量總是有限的，但是一般來說，是TDMA容量的6倍以上。針對GS

5、M通信出現(xiàn)的缺陷，人們在2000年又推出了一種新的通信技術(shù)GPRS，該技術(shù)是在GSM的基礎(chǔ)上的一種過渡技術(shù)。GPRS的推出標(biāo)志著人們在GSM的發(fā)展史上邁出了意義最重大的一步，GPRS在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP和X.25分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。 在這之后，通信運營商們又推出EDGE技術(shù)，這種通信技術(shù)是一種介于2G和3G之間的過渡技術(shù)，因此也有人稱它為“2.5G”技術(shù)，它有效提高了GPRS信道編碼效率的高速移動數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，它允許高達(dá)384KbPs的數(shù)據(jù)傳輸速 率，可以充分滿足未來無線多媒體應(yīng)用的帶寬需求。3G技術(shù)目前全球有三大標(biāo)準(zhǔn)，分別是歐洲提出的WCDMA、美國提出

6、的CDMA2000和我國提出的TD-SCDMA。與之前的1G和2G相比，3G擁有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為384K，最高為2M，帶寬可達(dá) 5MHz以上。不僅能傳輸話音，還能傳輸數(shù)據(jù)，從而提供快捷、方便的無線應(yīng)用，如無線接入Internet。能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務(wù)是第三代移動通信的一個主要特點。第四代移動通信系統(tǒng)的提供便是希望能滿足提供更大的頻寬需求，滿足第三代移動通信尚不能達(dá)到的在覆蓋、質(zhì)量、造價上支持的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥

7、號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到50Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。1.1.2 LTE系統(tǒng)研究背景為了應(yīng)對寬帶接入技術(shù)的挑戰(zhàn),同時為了滿足新型業(yè)務(wù)需求,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP在2004年底啟動了其長期演進(jìn)(LTE)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。希望達(dá)到以下幾個主要目標(biāo)：保持3GPP在移動通信領(lǐng)域的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)勢；填補第3 代移動通信系統(tǒng)和第4代移動通信系統(tǒng)之間存在的巨大技術(shù)差距；希望使用已分配給第3代移動通信系統(tǒng)的頻譜，保持無線頻譜資源的優(yōu)勢；解決第3 代移動通信系統(tǒng)存在的專利過分集中問題。由我國主導(dǎo)的TD-LTE作為我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代寬帶無線技術(shù)，從發(fā)展之初就受到了高度重

8、視。據(jù)悉，中國移動作為主導(dǎo)運營商有望近日在政府的統(tǒng)一部署下開展TD-LTE規(guī)模試驗，同時也通過規(guī)劃試驗終端用專項資金及加大研發(fā)創(chuàng)新投入帶動產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展。LTE的技術(shù)優(yōu)勢主要集中在幾個方面2：1、靈活的頻譜帶寬配置,支持1.25MHz、1.6MHz、2.5 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz 和20 MHz 的帶寬設(shè)置，從技術(shù)上保證3GPP LTE系統(tǒng)可以使用第3代移動通信系統(tǒng)的頻譜。2、通過頻分多址和小區(qū)間干擾抑制技術(shù)實現(xiàn)，提高小區(qū)邊緣傳輸速率，改善用戶在小區(qū)邊緣的體驗，增強3GPP LTE系統(tǒng)的覆蓋性能。3、在數(shù)據(jù)率和頻譜利用率方面，實現(xiàn)下行峰值速率100 Mb/s，上行峰值速率

9、50 Mb/s ；頻譜利用率為HSPA的24 倍，用戶平均吞吐量為HSPA的24倍。為保證3GPP LTE系統(tǒng)在頻譜利用率方面的技術(shù)優(yōu)勢，主要通過多天線技術(shù)、自適應(yīng)調(diào)制與編碼和基于信道質(zhì)量的頻率選擇性調(diào)度實現(xiàn)。4、提供低時延，使用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5 ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間低于50 ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100 ms，以增強對實時業(yè)務(wù)的支持。5、通過物理層幀結(jié)構(gòu)、層2 的信道結(jié)構(gòu)和高層的無線資源管理實現(xiàn)，進(jìn)一步增強對多媒體廣播和多播業(yè)務(wù)的支持，滿足廣播業(yè)務(wù)、多播業(yè)務(wù)和單播業(yè)務(wù)融合的需求。6、全分組的包交換取消電路交換，采用基于全分組的包交換，從而

10、提高系統(tǒng)頻譜利用率。1.1.3 LTE切換過程研究背景為了保證在各種復(fù)雜的地形環(huán)境下，用戶在移動的同時能夠獲得良好的信號質(zhì)量，保證業(yè)務(wù)的暢通進(jìn)行，LTE系統(tǒng)中連接下的切換是必不可少的保障。對于移動終端而言，切換性能的好壞直接關(guān)系到終端的穩(wěn)定性，比如說會增大用戶掉話率，降低用戶的通話質(zhì)量，由此可見小區(qū)切換過程是移動無線通信的一項重要的特性。諾基亞西門子通信在2009年10月28日通過使用商用基站和標(biāo)準(zhǔn)軟件完成了全球首個LTE切換測試，該項測試完全符合3GPP LTE標(biāo)準(zhǔn)。在這初步測試中，切換在諾基亞西門子公司的LTE小區(qū)間進(jìn)行，移動終端在呼叫過程中穿過LTE小區(qū)，完成了小區(qū)間的無縫連接。2010

11、年8月，諾西順利通過工信部制定的TD-LTE完整集測試，并與三星完成全球首例TD-LTE高清視頻呼叫切換。諾基亞西門子通信的切換測試不僅使LTE在商業(yè)部署上又邁進(jìn)了一步，也為LTE小區(qū)切換提供了可靠的測試方案。在LTE系統(tǒng)中，對于切換性能有了更高的要求，也提供一些更好的解決方案。下面介紹一下LTE系統(tǒng)小區(qū)切換的幾個特點3：1、在LTE系統(tǒng)中切換的方式屬于終端協(xié)助網(wǎng)絡(luò)控制，即終端提供可靠的服務(wù)小區(qū)和鄰近小區(qū)測量值，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)終端報告的測量值參數(shù)決定是否進(jìn)行切換和切換到哪個小區(qū)。2、在切換前的測量控制上LTE不僅采用了可以簡化底層測量規(guī)劃方案，也為協(xié)議層的測量評估和報告提供了更加準(zhǔn)確的判決和觸發(fā)機制

12、，但是這也增加了實現(xiàn)時的系統(tǒng)開銷。3、LTE小區(qū)切換方式上采用的是硬切換的方式，這樣可以減少系統(tǒng)資源的占用，加快切換的速度；由于LTE協(xié)議層結(jié)構(gòu)相對清晰簡潔，而且采取了可靠的接入機制和有效的連接恢復(fù)技術(shù)機制，從一定程度上減少了硬切換高掉話率的缺點。4、由于在LTE系統(tǒng)中的安全性構(gòu)架的特點，對于接入層安全性參數(shù)的改變會通過小區(qū)內(nèi)切換的方式進(jìn)行改變，這是以前系統(tǒng)中所沒有的，也是需要和正常的小區(qū)切換相區(qū)別的。在LTE系統(tǒng)內(nèi)的每次小區(qū)間切換也都會更新接入層的密鑰，這樣增強了用戶通信的安全性。5、由于LTE系統(tǒng)中接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化，缺少了集中控制單元，網(wǎng)絡(luò)必須將UE相關(guān)的所有信息和緩存數(shù)據(jù)從源eNodeB

13、傳遞到目的eNodeB。在UE端為保證切換時數(shù)據(jù)的完整性也需要通過PDCP和RLC層重建的方式進(jìn)行處理。1.2論文的研究內(nèi)容和意義1.2.1研究內(nèi)容本論文主要對終端在小區(qū)切換過程中協(xié)議層的各個環(huán)節(jié)操作進(jìn)行分析和研究，并在研究成果的基礎(chǔ)上對協(xié)議棧的切換過程進(jìn)行了設(shè)計和實現(xiàn)。由于在LTE系統(tǒng)的協(xié)議棧層次，對于LTE系統(tǒng)的FDD和TDD制式區(qū)別不大，我們對協(xié)議棧軟件的設(shè)計目標(biāo)是支持FDD和TDD兩種模式。基于1.1.3節(jié)所介紹的LTE系統(tǒng)中切換過程的特點，在論文中對切換過程主要分為五個環(huán)節(jié)進(jìn)行研究和實現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上對切換過程進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計：1、對終端的測量過程進(jìn)行研究和實現(xiàn)，主要對測量的配置過程、

14、測量的執(zhí)行和測量結(jié)果的評估上報進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并給出設(shè)計方案。在本部分設(shè)計的難點在于測量執(zhí)行的規(guī)劃和測量結(jié)果評估過程中的準(zhǔn)確性及系統(tǒng)資源的利用效率。2、對切換過程中安全性參數(shù)的更新過程進(jìn)行協(xié)議分析和研究，對安全性參數(shù)更新的整體流程進(jìn)行規(guī)劃和方案設(shè)計。在本部分的方案實現(xiàn)中主要關(guān)心不同場景下對于AS密鑰更新操作的不同，并規(guī)劃各個場景下終端的具體操作。3、對切換過程中數(shù)據(jù)鏈路層未確認(rèn)數(shù)據(jù)的處理過程進(jìn)行分析和研究，在整理清楚切換過程中各個層之間以及UE和基站之間對于數(shù)據(jù)處理的角色和任務(wù)時，對切換過程中的數(shù)據(jù)處理的整體方案進(jìn)行設(shè)計，并給出具體的實現(xiàn)方案。在該部分中涉及到任務(wù)的規(guī)劃和協(xié)議?？傮w設(shè)計的考慮

15、，對協(xié)議理解和協(xié)議棧軟件的實現(xiàn)平臺的掌握有較高的要求。 4、對切換過程中完成目標(biāo)小區(qū)上行同步的隨機接入過程進(jìn)行分析和研究，整理相關(guān)流程和場景，完成隨機接入過程在終端的實現(xiàn)。由于隨機接入過程主要涉及到和物理層過程相關(guān)流程的交互，在實現(xiàn)中需要結(jié)合相應(yīng)的平臺架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和實現(xiàn)。5、對切換失敗后的處理環(huán)節(jié)重建過程進(jìn)行詳細(xì)的協(xié)議研究和流程分析，并給出重建過程的具體設(shè)計方案。在本部分中需要重點解決的問題是如何進(jìn)行重建過程中小區(qū)選擇以增加重建過程成功的概率。在對以上具體環(huán)節(jié)進(jìn)行研究并給出具體的設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，將各個環(huán)節(jié)進(jìn)行整合，對切換過程的整體流程進(jìn)行設(shè)計和實現(xiàn)。給出了切換過程具體的實現(xiàn)方案后，在論文中對

16、協(xié)議棧軟件的一致性測試方法進(jìn)行了介紹，并選取了切換過程具有代表性的測試用例對切換過程的一致性測試結(jié)果進(jìn)行分析和介紹。在文章的最后對論文的整體工作進(jìn)行了總結(jié)，對論文的下一步工作進(jìn)行了展望。1.2.2論文的意義實現(xiàn)終端芯片和系統(tǒng)的互操作是對啟動規(guī)模試驗影響最大的環(huán)節(jié)。實際上產(chǎn)業(yè)鏈中，終端的發(fā)展速度往往落后于系統(tǒng)設(shè)備。聯(lián)想到TD-SCDMA，終端匱乏成為一直困擾其發(fā)展的一大難題。在TD-LTE發(fā)展伊始，中國移動便強調(diào)TD-LTE的發(fā)展要做到端到端，芯片產(chǎn)業(yè)要盡早發(fā)展壯大，但是目前TD_LTE終端芯片的研發(fā)存在投資大而且收益慢的現(xiàn)實，致使國內(nèi)的TD_LTE終端芯片的研發(fā)仍處于一個相對滯后的狀況。我所實

17、習(xí)的重郵信科公司作為國內(nèi)的終端芯片企業(yè)，為了促進(jìn)TD_LTE產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，在業(yè)界很早就展開了TD_LTE終端芯片的研發(fā)工作，目前已完成了第一款TD_LTE終端通信芯片設(shè)計開發(fā)和功能測試，樹立了在行業(yè)的領(lǐng)先地位。我所參與開發(fā)的LTE終端協(xié)議棧軟件先后通過了公司內(nèi)部進(jìn)行一致性測試，和系統(tǒng)廠商的聯(lián)合測試，以及近階段和兩家系統(tǒng)設(shè)備的IOT測試。由于切換過程對于終端和基站間的互操作性測試的要求較高，而且對LTE系統(tǒng)的成熟發(fā)展起著相當(dāng)重要的作用，因此在畢業(yè)論文選題過程中選擇了終端的切換過程作為自己研究的題目。并希望此論文的成果能夠為奮斗在LTE產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)線上的戰(zhàn)友提供有價值的借鑒，為LTE事業(yè)的快速發(fā)展

18、做出自己的貢獻(xiàn)。第二章 LTE終端切換過程的研究2.1 LTE協(xié)議?？傮w架構(gòu)介紹2.1.1 LTE系統(tǒng)架構(gòu)1) LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由上一章LTE相關(guān)技術(shù)和背景介紹我們可知，相對先前的通信系統(tǒng)， LTE系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計僅僅支持分組交換，并且支持UE和PDN網(wǎng)絡(luò)的無差錯連接。LTE特定的設(shè)計目標(biāo)使LTE系統(tǒng)在接入網(wǎng)和核心網(wǎng)架構(gòu)上必須做出一定程度的演進(jìn)。圖2.1為LTE的系統(tǒng)構(gòu)架圖。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由虛線左邊的接入網(wǎng)（E-UTAN）和右邊核心網(wǎng)（EPC）構(gòu)成。接入網(wǎng)僅僅有eNodeB一種邏輯節(jié)點構(gòu)成，而核心網(wǎng)由MME、HSS等多個邏輯節(jié)點構(gòu)成。在LTE網(wǎng)絡(luò)中的各個邏輯節(jié)點間都會通過一定的接口進(jìn)行連接，這些接

19、口都被3GPP標(biāo)準(zhǔn)化，便于不同運營商的開發(fā)和兼容4。 圖2.1 LTE系統(tǒng)架構(gòu)圖2) 接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)和第三代通信系統(tǒng)相比較，LTE系統(tǒng)中的核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)在功能節(jié)點方面沒有太大的變化，NAS過程也基本和第三代移動通信系統(tǒng)中的過程大致相同。在LTE系統(tǒng)中的接入網(wǎng)較先前有了比較大的改動。圖2.2為接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，由圖可知接入網(wǎng)是一個由eNodeBs構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中沒有單獨對無線資源進(jìn)行控制的單元，因此該種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也可以稱為扁平狀網(wǎng)絡(luò)4。圖2.2 接入網(wǎng)架構(gòu)圖LTE系統(tǒng)的接入網(wǎng)部分，其由眾多通過X2接口相連的eNodeB節(jié)點構(gòu)成，同時eNodeB通過S1接口與核心網(wǎng)相連4。接入網(wǎng)的主要功能是對無線

20、資源的管理，包括和無線承載相關(guān)的一些功能，例如：無線承載控制、無線接入控制、無線移動控制、調(diào)度和UE上下行資源的動態(tài)分配。在E-UTRAN中，將無線資源的控制功能整合在eNodeB中，這樣將使無線接入網(wǎng)各協(xié)議層之間的交互更加緊密，減少了反應(yīng)事件，提高了流程之間的效率。LTE接入網(wǎng)的這種結(jié)構(gòu)決定了在系統(tǒng)中不需要高速和高穩(wěn)定性處理器單獨處理無線資源的控制，一定程度上降低了網(wǎng)絡(luò)成本。由于LTE系統(tǒng)中不支持軟切換，所以網(wǎng)絡(luò)不需要支持集中的數(shù)據(jù)聯(lián)合功能。也正是由于缺少了集中控制節(jié)點，也給LTE系統(tǒng)帶來了一定的缺憾，當(dāng)UE進(jìn)行移動時為了避免數(shù)據(jù)的丟失，網(wǎng)絡(luò)必須將UE相關(guān)的所有信息和緩存數(shù)據(jù)從源eNodeB

21、傳遞到目的eNodeB。2.1.2協(xié)議棧架構(gòu)介紹圖2.3 協(xié)議棧層次架構(gòu)圖圖2.3為協(xié)議棧層次架構(gòu)圖，其中，NAS層的主要功能為EPS承載管理、鑒權(quán)、UE空閑模式下的移動性管理、安全性控制、尋呼處理等，其終止與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的MME節(jié)點5。RRC層的主要功能為廣播、尋呼、RRC連接、移動性、測量的管理等；PDCP層的主要功能為頭壓縮、安全性（加密和完整性保護）、數(shù)據(jù)包的處理等；RLC層的主要功能為數(shù)據(jù)包的分段、重組、傳輸和重傳（ARQ），以及協(xié)議錯誤的檢測與處理；MAC層的主要功能為邏輯信道與傳輸信道的映射、HARQ、邏輯信道優(yōu)先級管理、MAC頭填充等。這幾層稱為接入層，終止于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的eNodeB節(jié)點

22、。PDCP、RLC和MAC層既可以傳輸控制平面的數(shù)據(jù)，也可以對用戶平面IP包進(jìn)行傳輸。對于控制平面的數(shù)據(jù)在RRC層進(jìn)行組裝后，通過各層的處理和傳輸后到達(dá)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的對等層。在UE端的用戶數(shù)據(jù)在經(jīng)過組裝IP報后，將數(shù)據(jù)傳送到PDCP進(jìn)行頭壓縮和加密處理，緊接著數(shù)據(jù)在RLC層進(jìn)行分段或者重組處理，在獲得上行資源后通過MAC層和物理層的處理通過UU接口發(fā)送到eNodeB，eNodeB在經(jīng)過逆向處理后將原始的IP包通過S1-U接口發(fā)送到服務(wù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行傳輸。2.1.3切換中各子層功能介紹1) NAS層介紹NAS層是在UE和MME側(cè)控制平面的高層，有EMM和ESM兩個子層構(gòu)成。NAS層的主要功能由這兩個子層來控

23、制，EMM主要負(fù)責(zé)UE的移動性管理，ESM主要負(fù)責(zé)在UE和PDN Gateway之間建立和維護IP連接的會話管理。當(dāng)LTE發(fā)生小區(qū)切換時，如果目的小區(qū)和源小區(qū)不屬于同一個Trace Area（跟蹤區(qū)），且目的小區(qū)的TA不在UE維護的TA列表中時，切換完成后UE的NAS層EMM子層就會發(fā)起一個TAU過程向網(wǎng)絡(luò)做位置區(qū)更新。2) RRC層介紹 協(xié)議狀態(tài)劃分：當(dāng)RRC連接已經(jīng)被建立時，RRC層處于CONNECT狀態(tài)，即連接狀態(tài)；未建立RRC連接時RRC處于IDLE狀態(tài)，即空閑狀態(tài)6。 IDLE狀態(tài)功能：a. 讀取系統(tǒng)消息；b. 收取尋呼消息；c. 進(jìn)行IDLE下鄰近小區(qū)的測量；d. 空閑下移動性管理

24、，進(jìn)行小區(qū)重選。 CONNECT狀態(tài)功能：a. 通過尋呼檢測系統(tǒng)消息的改變，讀取系統(tǒng)消息；b. 進(jìn)行CONNECT下鄰近小區(qū)的測量，并對測量結(jié)果進(jìn)行評估和上報；c. AS層安全上下文的管理；d. 連接下無線鏈路質(zhì)量的檢測；e. 連接移動性過程的控制和管理。 切換過程的支持：在切換過程的主要控制和配置的任務(wù)是由RRC層來完成，在連接下當(dāng)RRC層收到網(wǎng)絡(luò)來的切換命令后，會將切換命令中各層的配置進(jìn)行更新并對底層進(jìn)行配置，觸發(fā)底層進(jìn)行下行同步和目標(biāo)小區(qū)的隨機接入。當(dāng)接入到目標(biāo)小區(qū)成功后，會讀取系統(tǒng)消息，并將NAS層的信息傳遞給NAS層，NAS層判斷是否要進(jìn)行TAU過程。3) PDCP層介紹 PDCP層

25、結(jié)構(gòu)：如圖2.4所示PDCP層是由若干個PDCP entity構(gòu)成，每個實體將對應(yīng)一個具體的RB，并且是PDCP功能的執(zhí)行體。PDCP-SAP接口為PDCP層和應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)接口，通過該接口PDCP完成和應(yīng)用之間用戶數(shù)據(jù)的傳輸。C-SAP為PDCP和RRC層之間的控制接口，通過該接口RRC完成對PDCP的控制7。圖2.4 PDCP層結(jié)構(gòu)圖 PDCP層功能：a. 對控制平面和用戶平面的數(shù)據(jù)進(jìn)行頭壓縮和解頭壓縮；b. 對控制和用戶平面的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，并對控制平面數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性保護；c. 由于傳輸超時上行SDU丟棄的控制。 切換的支持：當(dāng)發(fā)生切換時，是由PDCP層保證AM數(shù)據(jù)的不丟失。RRC會

26、通過C-SAP接口對所有的PDCP實體進(jìn)行重建，當(dāng)PDCP收到RRC層的重建指示后，會通過PDCP實體的重建相關(guān)操作來完成對切換中PDCP實體數(shù)據(jù)的處理，包括：數(shù)據(jù)的重排序和AM數(shù)據(jù)完整的保證。4) RLC層介紹 RLC層結(jié)構(gòu)：圖2.5為RLC層在整個系統(tǒng)中的位置和結(jié)構(gòu)圖，RLC層位于MAC和PDCP之間，通過和上層的接口，完成數(shù)據(jù)的傳輸和使RRC完成對其的控制，通過邏輯信道完成和MAC層的數(shù)據(jù)傳輸。在RLC層存在若干個RLC層實體，每個實體都具有特定的傳輸模式。在RLC層傳輸模式總共分三種，分別為TM模式、UM模式和AM模式。TM傳輸模式的承載數(shù)據(jù)在RLC層不做任何處理，UM模式傳輸會對數(shù)據(jù)

27、進(jìn)行重排序，但不保證數(shù)據(jù)不丟失，AM模式傳輸數(shù)據(jù)既要保證數(shù)據(jù)的按序接收，又需要保證數(shù)據(jù)完整的傳輸和接收8。圖2.5 RLC層結(jié)構(gòu)圖 RLC層功能：a. 傳輸高層的數(shù)據(jù)PDU；b. 通過ARQ機制對AM數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯處理；c. 對AM和UM的RLC SDUs進(jìn)行分段和級聯(lián)，以適應(yīng)底層授權(quán)資源的大小，組裝RLC SDU傳輸給高層；d. 對于UM和AM模式的RLC數(shù)據(jù)PDU進(jìn)行重排序，并對冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測；e. 對RLC實體進(jìn)行重建相關(guān)操作。 切換過程的支持： 當(dāng)發(fā)生切換時，RLC會將所有實體的狀態(tài)變量復(fù)位，便于和網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)同步。RRC層會指示RLC層所有實體進(jìn)行重建操作，RLC層對于TM實體會刪除所

28、有的RLC SDU；對于UM傳輸實體會刪除所有的RLC SDU，UM接收實體會將目前收到PDU進(jìn)行RLC層處理后生成RLC SDU并傳遞給高層，盡可能的減少UM數(shù)據(jù)的丟失；對AM實體，會將接收側(cè)的RLC PDU進(jìn)行RLC層的處理后，將得到的RLC SDU數(shù)據(jù)遞交給高層，將傳輸側(cè)的RLC SDU全部進(jìn)行丟棄。將RLC所有實體的變量和定時器進(jìn)行復(fù)位。5) MAC層介紹 MAC層結(jié)構(gòu)：如圖2.6所示，MAC層主要由復(fù)用和解復(fù)用功能模塊、HARQ功能模塊和總體控制模塊構(gòu)成?？傮w控制模塊包括對DRX、調(diào)度、隨機接入功能和時間提前量功能的控制9。圖2.6 功能結(jié)構(gòu)圖 MAC層功能：a. 對傳輸信道和邏輯信

29、道的映射；b. 對MAC PDU的復(fù)用和解復(fù)用；c. 對資源動態(tài)調(diào)度的控制；d. 對隨機接入過程的控制；e. 通過HARQ功能模塊實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的糾錯和重傳；f. 對上行數(shù)據(jù)傳輸過程中邏輯信道優(yōu)先級的控制；g. 通過DRX機制，控制UE端的省電。 切換過程的支持：在切換過程中，RRC會指示MAC層做復(fù)位操作，該操作會將MAC層所有的狀態(tài)變量和定時器復(fù)位到MAC層初始狀態(tài)。在RRC完成了對MAC配置的更新后，MAC層會通過隨機接入功能塊發(fā)起到目標(biāo)小區(qū)的隨機接入。2.2 LTE終端切換過程概述2.2.1 LTE系統(tǒng)切換流程介紹在LTE系統(tǒng)連接模式下存在兩種類型的切換，一種為切換時在兩個eNodeB之間

30、存在X2接口，并且能夠通過X2接口執(zhí)行切換的過程，被稱為X2切換；另一種涉及到MME改變或者不存在X2接口的切換過程被稱為S1切換5。圖2.7的切換交互流程是基于X2接口發(fā)生的切換，不涉及到MME和服務(wù)網(wǎng)關(guān)的改變，切換準(zhǔn)備消息的交互直接通過X2接口在源eNodeB和目的eNodeB之間進(jìn)行。當(dāng)進(jìn)行MME改變的切換會涉及到源MME和目的MME間的信令交互來交換UE的上下文信息，由于這種切換過程復(fù)雜，在此不做介紹。圖2.7 LTE系統(tǒng)切換流程圖 控制平面流程說明：1、源eNodeB通過向UE配置測量控制信息，使UE進(jìn)行測量來協(xié)助eNodeB控制連接下的移動性功能。2、UE按照網(wǎng)絡(luò)配置的頻點信息進(jìn)行

31、測量，并按照配置的測量報告準(zhǔn)則進(jìn)行評估后向eNodeB進(jìn)行測量上報。3、源eNodeB根據(jù)UE測量上報的結(jié)果和自身維護的一些信息作出切換判決。4、源eNodeB通過Handover Request消息傳遞必要的信息給目的eNodeB用于目的eNodeB側(cè)的切換準(zhǔn)備，該消息中包含的信息有：在源eNode端UE-X2接口信令上下文參數(shù)、UE-S1接口信令上下文參數(shù)、目標(biāo)小區(qū)Id、在源eNodeB端的RRC上下文、AS配置、E-RAB上下文、源小區(qū)的物理Id、Kenb*和無線鏈路失敗恢復(fù)的MAC-I。5、在目的eNodeB端在為了增加切換成功的概率會依靠E-RAB上下文中的Qos信息進(jìn)行接入允許判決

32、，判決是否可以進(jìn)行資源分配；判決成功的話源eNodeB會按照Qos中的信息為該UE分配在該eNodeB中的資源，并為該UE保留切換前使用的C_RNTI和一個可選的RACH前導(dǎo)。在目的eNodeB端也應(yīng)該給出具體的AS配置。6、目的eNodeB回復(fù)一個Handover Ack消息給源eNodeB，在該消息中包含一個對源eNodeB透明的用于執(zhí)行切換的數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包被包含在源eNodeB的RRC消息中發(fā)送給UE。那個數(shù)據(jù)包含有：一個新的C-RNTI、目標(biāo)eNodeB的安全算法標(biāo)識、專有的RACH前導(dǎo)和其他的一些公共和專有的配置參數(shù)。7、目的eNodeB產(chǎn)生RRC消息執(zhí)行切換，即通過產(chǎn)生帶有移動性

33、信息的重配消息并由源eNodeB發(fā)送到UE通知其執(zhí)行切換。8、為了傳遞上行PDCP SN接收端狀態(tài)和下行PDCP SN發(fā)送端狀態(tài)，源eNodeB發(fā)送SN STATUS TRANSFER消息給目的eNodeB（針對RLC模式為AM的DRB）。在上行PDCP SN接收端狀態(tài)中應(yīng)該包括第一個沒有被確認(rèn)接收到的PDCP SDU的SN和在目的小區(qū)UE需要重傳的上行亂序SDU的bit Map信息。在下行PDCP SN發(fā)送端狀態(tài)中應(yīng)該標(biāo)識為下個新的SDU應(yīng)該分配的SN。如果在E-RAB信息中沒有一個AM的承載，該消息可以被忽略。9、在收到帶有移動性信息的重配消息后，UE提取和應(yīng)用目標(biāo)小區(qū)配置的安全算法，并根

34、據(jù)移動性信息利用競爭或非競爭的隨機接入過程接入到目標(biāo)小區(qū)。10、目的eNodeB對上行鏈路進(jìn)行分配和時間提前量校正。11、當(dāng)UE成功接入到目標(biāo)小區(qū)后，UE發(fā)送重配置完成消息給目標(biāo)eNodeB確認(rèn)切換的完成。這時在eNodeB和UE間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。12、目的eNodeB通過PATH SWITCH REQUEST消息告知MME UE已經(jīng)改變了小區(qū)。13、MME發(fā)送UPDATE USER PLANE REQUEST消息給服務(wù)網(wǎng)關(guān)。14、服務(wù)網(wǎng)關(guān)將UE的數(shù)據(jù)鏈路切換到目標(biāo)eNodeB這一側(cè)，在源eNodeB舊的鏈路上發(fā)送結(jié)束標(biāo)識并釋放分配給源eNodeB側(cè)的鏈路資源。15、服務(wù)網(wǎng)關(guān)發(fā)送UPDAT

35、E USER PLANE RESPONSE消息給MME。16、MME發(fā)送PATH SWITCH ACKNOWLEDGE消息給目的eNodeB。 17、目標(biāo)eNodeB在收到MME的PATH SWITCH ACKNOWLEDGE消息后，通過UE CONTEXT RELEASE消息通知源eNodeB切換的成功，并觸發(fā)其釋放源eNodeB的資源。18、在收到UE CONTEXT RELEASE消息后，源eNodeB應(yīng)該先釋放控制平面的相關(guān)資源，在數(shù)據(jù)平面的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)該繼續(xù) 數(shù)據(jù)平面流程說明：1、切換準(zhǔn)備階段：在源eNodeB和目的eNodeB之間會建立數(shù)據(jù)平面的通道。對每個E-RAB的上行和下行數(shù)據(jù)

36、傳輸都會建立一個數(shù)據(jù)通道，用于在切換完成前傳遞來自源eNodeB的數(shù)據(jù)。目的eNodeB端在切換完成前會對來自源eNodeB端的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。2、切換執(zhí)行階段：源eNodeB從EPC收到數(shù)據(jù)或者其數(shù)據(jù)緩存不為空，下行的用戶數(shù)據(jù)就需要通過源eNodeB和目的eNodeB之間的數(shù)據(jù)通道傳遞給目標(biāo)eNodeB。3、 切換完成階段：目的eNodeB通過PATH SWITCH REQUEST消息通知MME UE已經(jīng)獲得了接入，MME通過消息UPDATE USER PLANE REQUEST通知服務(wù)網(wǎng)關(guān)將UE的數(shù)據(jù)鏈路從源eNodeB切換到目的eNodeB；服務(wù)網(wǎng)關(guān)向源eNodeB發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)識后，將數(shù)

37、據(jù)鏈路進(jìn)行改變。2.1.2終端切換處理流程介紹 UE端發(fā)生切換的前提條件：1、接入網(wǎng)的安全性保護功能已被激活；2、SRB2和至少一個DRB已被建立。UE端的RRC模塊收到帶有mobilityControlInfo元素的重配消息時，認(rèn)為接收到網(wǎng)絡(luò)的切換指示，UE做如下流程處理：1、如果T310定時器開啟，將該定時器關(guān)閉。T310定時器為評定無線鏈路失敗的定時器，切換時對服務(wù)小區(qū)無線鏈路不需要進(jìn)行評估。2、開啟T304定時器。T304定時器為限制切換時間的定時器，該定時器超時認(rèn)為切換失敗。3、如果移動性信息中包括了載頻信息，則認(rèn)為目標(biāo)小區(qū)為移動性信息中標(biāo)識的小區(qū)；否則目標(biāo)小區(qū)為服務(wù)頻點上被targ

38、etPhysCellId標(biāo)識的小區(qū)。UE同步到目標(biāo)小區(qū)的下行鏈路。4、復(fù)位MAC層，該操作將MAC層的相關(guān)狀態(tài)變量和定時器進(jìn)行復(fù)位。5、重建所有RB的PDCP和RLC實體，該操作用于處理切換執(zhí)行時在層2的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)要求的特性。6、應(yīng)用在移動性信息中攜帶的新的C-RNTI的值，將無線資源公共配置中的信息對底層進(jìn)行配置。7、如果重配置消息中包含radioResourceConfigDedicated信息，將該元素中無線資源專有配置對底層進(jìn)行配置。8、根據(jù)目前UE的安全上下文和重配置消息中攜帶的安全性參數(shù)，對AS的密鑰進(jìn)行提取和更新。UE的安全性構(gòu)架和密鑰的提取過程分析見2.3.2描述。9、執(zhí)行

39、測量相關(guān)行為，調(diào)整和處理測量列表及測量報告項。10、如果在重配置消息中包含measConfig元素，對測量進(jìn)行配置。11、將重配置完成消息發(fā)送到底層進(jìn)行傳輸。12、MAC隨機接入完成后，UE端的切換完成。2.3切換相關(guān)子過程研究2.3.1終端測量研究2.3.1.1 LTE測量介紹在LTE系統(tǒng)中的切換采用終端協(xié)助網(wǎng)絡(luò)控制的方式。為了保證切換的準(zhǔn)確性，在連接下的終端必須周期性的對周圍的無線環(huán)境進(jìn)行測量，并通過某種事件的評估準(zhǔn)則向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送測量報告，以使網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確的做出切換決定。網(wǎng)絡(luò)根據(jù)終端發(fā)送的測量報告決定UE是否要進(jìn)行切換以及切換到那個小區(qū)。LTE的切換機制就決定了在連接下UE端測量機制的重要性

40、。而測量的準(zhǔn)確性主要體現(xiàn)在兩個方面：測量的執(zhí)行和測量評估。測量的執(zhí)行主要是對測量規(guī)劃和采樣方案的要求，這個主要取決于物理層的采樣方案和協(xié)議棧的測量規(guī)劃。對于協(xié)議層而言，處理測量結(jié)果的好與壞也會直接影響到網(wǎng)絡(luò)的切換決定。連接狀態(tài)下終端主要通過測量報告向網(wǎng)絡(luò)提供切換的參考值，測量結(jié)果的評估是終端發(fā)送測量報告的先決條件。測量報告的觸發(fā)類型主要分為事件觸發(fā)和周期性觸發(fā)，在用于LTE系統(tǒng)的切換情況下，終端測量評估主要依據(jù)評估事件A3來完成對測量結(jié)果的評估4。2.3.1.2 LTE測量配置和結(jié)構(gòu)LTE系統(tǒng)中的測量由測量配置、測量執(zhí)行、測量報告觸發(fā)和測量上報幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成。在RRC層測量控制是通過下列幾個元素

41、來組織的：Measurement objects：該元素定義了UE執(zhí)行測量的對象。對于頻內(nèi)和頻間測量，一個Measurement object就是一個LTE載頻。和這個載頻相關(guān)聯(lián)的，UE會配置小區(qū)詳細(xì)列表和黑名單小區(qū)列表。Reporting configurations：該元素定義了測量時的一些報告配置，其中包括報告準(zhǔn)則和報告格式。報告準(zhǔn)則定義了觸發(fā)UE發(fā)送一個報告的準(zhǔn)則，報告格式則定義了UE應(yīng)該報告那些測量量給網(wǎng)絡(luò)。對于每一個測量報告配置中都會配置需要報告的測量量、進(jìn)行評估所用的測量量、需要報告的小區(qū)個數(shù)和需要報告的次數(shù)。其中每一個事件報告配置都會配置一個TTT定時器，該定時器用來限定評估測

42、量的時間。Measurement identities：該元素表示一個測量標(biāo)識，該標(biāo)識把一個Measurement objects和一個Reporting configurations聯(lián)系在一起，構(gòu)成了一個測量項。在本文中我們簡稱measId。Quantity configurations：配置了用于層3過率的參數(shù)。Measurement gaps：UE用于執(zhí)行異頻異系統(tǒng)測量的時間間隙，在該時間段內(nèi)不可以進(jìn)行任何上下行數(shù)據(jù)的傳輸。圖2.8描述了測量各個配置之間的關(guān)系： 圖2.8 測量配置關(guān)系圖如圖2.8所示，在UE端的測量配置中，我們可以把每一項測量比做一個項目，Measurement ide

43、ntity就是這個項目的標(biāo)識，這個項目的資源都得從Reporting configurations和Measurement objects列表這兩個數(shù)據(jù)庫中提取，而這兩個數(shù)據(jù)庫都是為所有項目的公用。每個測量項目的建立更新和刪除都是通過測量配置來執(zhí)行的，因為測量配置會更新UE所維護的三個列表。測量配置除了對這三個列表進(jìn)行更新外，還會對測量間隙和測量量進(jìn)行配置。2.3.1.3 LTE測量執(zhí)行LTE系統(tǒng)的測量從規(guī)劃的角度而言主要分為：同頻測量和異頻異系統(tǒng)測量。由于在本文中沒有涉及異系統(tǒng)的切換，所以在此對異系統(tǒng)測量不做介紹。1) 需要的測量：在進(jìn)入連接狀態(tài)后，網(wǎng)絡(luò)會通過重配置消息將測量信息配置給UE，

44、其中measObject列表中包含了UE所要測量的頻點信息。在網(wǎng)絡(luò)配置的每個measObject信息中會包含一個該頻點要測的小區(qū)列表和黑名單列表，黑名單列表在測量評估和上報時不需要被考慮。每個頻點信息中要測小區(qū)列表中的小區(qū)稱為被列小區(qū)。在連接下網(wǎng)絡(luò)配置給UE的小區(qū)列表中沒有包含該頻點上所有的小區(qū)信息，這需要UE要周期性的對該頻點的小區(qū)進(jìn)行檢測，這個過程中被檢測出的小區(qū)被稱為被標(biāo)識小區(qū)。在連接模式下的UE需要對服務(wù)小區(qū)、各個頻點的被列小區(qū)和被標(biāo)識小區(qū)進(jìn)行測量。2) 可用的測量機會：同頻測量就是對服務(wù)頻點上的被列小區(qū)和被標(biāo)識小區(qū)進(jìn)行測量。對于TD_LTE而言，每一個下行子幀都會帶有服務(wù)頻點的參考信

45、號，這就決定了UE在任何下行子幀都可以進(jìn)行同頻小區(qū)的測量。對于異頻測量而言，終端需要同步到異頻的臨近小區(qū)，并測量這些小區(qū)的信號質(zhì)量，在可能的情況下也會監(jiān)測該小區(qū)的其他屬性（例如小區(qū)的質(zhì)量）。然而對于單接受能力的UE，終端不可能在進(jìn)行服務(wù)小區(qū)業(yè)務(wù)的同時，來做其他頻率的臨近小區(qū)的測量。這就決定了系統(tǒng)必須規(guī)劃出一段時間間隙來進(jìn)行異頻異系統(tǒng)的測量任務(wù)，這段用于異頻異系統(tǒng)測量時間間隙就是本文中介紹的測量Gap10。2.3.1.4 LTE測量報告的評估和上報當(dāng)?shù)讓舆f交上來測量結(jié)果后，要對測量結(jié)果進(jìn)行評估。測量報告的評估有兩種觸發(fā)方式：事件觸發(fā)和周期性觸發(fā)。本節(jié)主要對事件觸發(fā)的測量報告進(jìn)行介紹， 事件觸發(fā)在

46、LTE系統(tǒng)內(nèi)中有A1A5五種事件類型，每種事件都會規(guī)定進(jìn)入條件和離開條件的限制。在這五種事件觸發(fā)類型中A3事件主要用于切換的參考。事件觸發(fā)類型評估時只有當(dāng)某一個或者多個小區(qū)在被配置定時器限定時間內(nèi)一直滿足進(jìn)入條件時，才會為該事件發(fā)送測量報告，且按網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的發(fā)送次數(shù)進(jìn)行周期性的發(fā)送。當(dāng)有新的小區(qū)再次滿足進(jìn)入條件一段時間后，將測量報告的上報次數(shù)清零并再次發(fā)送測量報告。周期性出發(fā)類型是一旦有小區(qū)測量結(jié)果可用就會立即發(fā)送測量報告。1) 事件觸發(fā)評估與一個measId相關(guān)聯(lián)的報告配置如果觸發(fā)類型為事件觸發(fā)時，對物理層傳遞上來的測量結(jié)果在經(jīng)過層三過濾后，會依據(jù)相關(guān)規(guī)則對測量結(jié)果進(jìn)行事件評估。層三過濾是將上

47、次的測量結(jié)果和本次的測量值取一定的比例進(jìn)行平滑。在事件評估的條件中會包含兩種條件：進(jìn)入條件和離開條件。由于本文基于切換過程為背景介紹測量，在此以用于切換參考的A3事件為例進(jìn)行介紹：A3事件的進(jìn)入條件為鄰近小區(qū)的質(zhì)量比服務(wù)小區(qū)的質(zhì)量高出一個偏移值，離開條件為鄰近小區(qū)的質(zhì)量比服務(wù)小區(qū)的質(zhì)量低出一個偏移值，該偏移值由網(wǎng)絡(luò)配置。對于事件觸發(fā)的測量報告發(fā)起有4種情況：1、當(dāng)該measId對應(yīng)的測量結(jié)果中第一次存在一個或多個小區(qū)在TTT定時器一直滿足進(jìn)入條件，在UE側(cè)為該measId創(chuàng)建一個測量報告的條目，在該條目中包含該measId、報告已發(fā)送的次數(shù)和被觸發(fā)小區(qū)列表；初始化發(fā)送次數(shù)為0，將滿足進(jìn)入條件的

48、小區(qū)放入被觸發(fā)小區(qū)的列表中，并組裝測量報告進(jìn)行發(fā)送。2、當(dāng)該measId在UE側(cè)存在對應(yīng)的測量報告項，有一個或多個不在被觸發(fā)列表中的小區(qū)在TTT定時器時間內(nèi)一直滿足進(jìn)入條件，初始化發(fā)送次數(shù)為0，將滿足進(jìn)入條件的小區(qū)放入被觸發(fā)小區(qū)的列表中，并為被觸發(fā)列表中的小區(qū)組裝測量報告進(jìn)行發(fā)送。3、對事件類型為A3事件，當(dāng)該measId在UE側(cè)存在對應(yīng)的測量報告項，對在被觸發(fā)列表中的小區(qū)在TTT定時器內(nèi)一直滿足離開條件，且配置為小區(qū)離開需進(jìn)行測量報告時，將滿足離開條件的小區(qū)從被觸發(fā)列表中移除，并對被觸發(fā)列表的小區(qū)進(jìn)行測量報告組裝和發(fā)送。4、當(dāng)該測量measId對應(yīng)的報告配置中的報告次數(shù)大于1時，在第一次測量

49、報告完成后會對為該measId開啟周期性報告定時器，并將已發(fā)送次數(shù)加一。當(dāng)定時器超時再次為該measId發(fā)送測量報告，此過程循環(huán)進(jìn)行，直到報告次數(shù)達(dá)到最大次數(shù)。2) 測量結(jié)果上報當(dāng)在測量評估確定要進(jìn)行測量報告后，對于事件觸發(fā)類型的measId，會將該measId對應(yīng)的被觸發(fā)列表中的小區(qū)按照評估時參考測量量遞減的順序進(jìn)行排序，并按照網(wǎng)絡(luò)配置的最大報告小區(qū)數(shù)組裝入測量報告的鄰近小區(qū)列表中。當(dāng)測量報告發(fā)送后，會判斷已發(fā)送的測量報告數(shù)來確定是否為該measId開啟周期性定時器。當(dāng)周期性定時器超時會再次根據(jù)被觸發(fā)列表的小區(qū)組裝并發(fā)送測量報告。2.3.2 切換過程安全性參數(shù)更新2.3.2.1 LTE安全性

50、架構(gòu)和配置1) LTE安全構(gòu)架介紹LTE的安全性架構(gòu)主要功能是在UE和網(wǎng)絡(luò)間建立一個安全的場景（EPS security context）， 包括UE和網(wǎng)絡(luò)間在安全方面所需要的密鑰產(chǎn)生和維護更新。并且在該安全場景下投入使用，建立一個NAS和AS消息安全交互的場景，保護UE和網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)及信令交互的安全性和可靠性。安全場景主要是通過AKA健全、NAS SMC和AS SMC 過程來建立。其中AKA過程通過網(wǎng)絡(luò)傳遞的信息和UE端USIM卡中的安全參數(shù)來提取公共的密鑰。NAS SMC通過配置相應(yīng)的加密和完整性算法啟用NAS安全性保護。AS SMC過程通過配置接入層安全性算法提取接入層密鑰，啟用接入層的

51、安全保護11。2) LTE接入網(wǎng)密鑰產(chǎn)生在所有的3GPP無線接入技術(shù)中，安全性一直是一個重要的特性。在LTE系統(tǒng)中采用了和3G和GSM相類似的框架。對無線接入網(wǎng)安全性主要提供兩個功能：對SRB與DRB的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，對SRB的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性保護和完整性檢驗。加密主要為了防止數(shù)據(jù)信息被第三方獲得，完整性保護主要防止數(shù)據(jù)被篡改和被偽造。RRC總是在連接建立后通過SMC過程對接入層的安全性進(jìn)行激活。圖2.11 密鑰生成等級圖圖2.11為LTE系統(tǒng)中接入網(wǎng)密鑰產(chǎn)生的過程圖，在整個密鑰的提取過程中是基于一個公共的密鑰Kasme ，該密鑰在HSS和UE端的USIM 中提取。在網(wǎng)絡(luò)HSS的健全模塊中會

52、使用KASME和一個隨機數(shù)產(chǎn)生Kenb和健全驗證碼。密鑰Kenb、驗證碼以及隨機數(shù)都會發(fā)送到MME，MME在和NAS層的AKA過程中將隨機數(shù)和健全驗證碼發(fā)送到UE，并將Kenb發(fā)送到eNodeB進(jìn)行接入層密鑰的提取。UE從USIM中讀取信息后產(chǎn)生Kasme并通過健全過程中的隨機數(shù)和驗證碼進(jìn)行健全過程的驗證。在健全過程成功后，UE通過Kasme產(chǎn)生Kenb，并在接入層的SMC過程中利用Kenb和網(wǎng)絡(luò)配置的算法提取接入層的安全性密鑰。 在連接模式下UE發(fā)生切換時，會改變接入層的算法，并通過相關(guān)參數(shù)提取新的Kenb，使得Kenb和網(wǎng)絡(luò)側(cè)同步。利用新的算法和Kenb提取接入層新的密鑰。2.3.2.2切

53、換中安全性參數(shù)同步技術(shù)1) 安全參數(shù)改變場景介紹從目前切換的目的而言，存在兩種切換場景：由于終端網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化而發(fā)生的切換和用于改變AS安全上下文的小區(qū)內(nèi)切換。對于前者而言切換都會通過源小區(qū)和目的小區(qū)的安全上下文交互來完成網(wǎng)絡(luò)側(cè)的安全上下文的傳遞。對于后者而言，當(dāng)由于網(wǎng)絡(luò)的策略通過NAS層的AKA和NAS SMC過程修改了UE的安全上下文中Kasme和NAS安全上下文時，MME會相應(yīng)的發(fā)起一個小區(qū)內(nèi)切換過程來重新激活A(yù)S的安全上下文。UE通過網(wǎng)絡(luò)端的配置參數(shù)來區(qū)分是否屬于小區(qū)內(nèi)切換。小區(qū)內(nèi)切換時UE需要做的是利用新的Kasme來提取臨時Kenb，并用臨時Kenb作為輸入產(chǎn)生Kenb*作為新的K

54、enb使用。2) 接入層密鑰同步 在LTE系統(tǒng)中，從一個小區(qū)切換到另一個小區(qū)，總會伴隨著AS層密鑰的改變。在UE端改變算法和密鑰時如何才能做到和網(wǎng)絡(luò)端保持密鑰的同步是切換過程中要解決的問題之一11。圖2.12 密鑰同步示意圖圖2.12為切換過程中，密鑰同步的一個總體流程。在UE和eNodeB AS層安全上下文初始建立的時候，UE和MME都會提取一個Kenb和NH。其中Kenb對應(yīng)一個值為0的Ncc，NH對應(yīng)一個值為1的Ncc。eNodeB會通過AS SMC過程觸發(fā)UE啟動AS層的安全保護。在安全性保護啟動后發(fā)生的每一次切換UE都會更新算法和密鑰，保持和網(wǎng)絡(luò)的同步。在UE和eNodeB端，切換時

55、是通過提取一個臨時的Kenb*作為新的Kenb，并用新的Kenb作為輸入產(chǎn)生加密和完整性密鑰來保證切換安全同步。如上圖所示當(dāng)Kenb*通過目前使用Kenb作為輸入產(chǎn)生時，稱為橫向的密鑰提取。當(dāng)Kenb*通過目前使用NH作為輸入產(chǎn)生時，我們稱為縱向密鑰提取。當(dāng)發(fā)生切換時，eNodeB在切換命令中會攜帶一個NCC和eKSI參數(shù)。當(dāng)UE收到該參數(shù)后通過eKSI參數(shù)判斷是不是由于NAS SMC過程后引起的接入層安全上下文更新；通過NCC參數(shù)來更新UE端的Kenb參數(shù)，進(jìn)而提取新的安全性參數(shù)。當(dāng)UE收到NCC和目前Kenb相聯(lián)系的NCC相等時則啟用橫向密鑰提取來生成新的Kenb*作為新的Kenb使用，并

56、提取相應(yīng)的加密和完整性保護密鑰。當(dāng)收到的NCC和目前Kenb相聯(lián)系的NCC不等時，則按照縱向密鑰提取將NH首先同步到和收到的NCC一致的層次，即利用產(chǎn)生密鑰的KDF函數(shù)，以目前的NH為輸入，產(chǎn)生新的NH，并將產(chǎn)生的NH的NCC設(shè)為輸入NH對應(yīng)NCC加一，依次計算，直到生成的NH對應(yīng)的NCC和收到的NCC相等為止。當(dāng)新產(chǎn)生的NH對應(yīng)的NCC和收到的NCC相等時，則將最新的NH作為目前使用的NH,并且作為輸入產(chǎn)生Kenb*，將Kenb*作為新的Kenb使用。2.3.3切換過程中數(shù)據(jù)完整的保證2.3.3.1切換中數(shù)據(jù)處理介紹當(dāng)UE從一個小區(qū)切換到另一個小區(qū)時，對于UE和eNodeB都會存在一些未進(jìn)行

57、傳出和正在接收的數(shù)據(jù)緩存在數(shù)據(jù)鏈路RLC和PDCP層，對于這部分?jǐn)?shù)據(jù)如果不進(jìn)行特殊處理將會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失或者亂序。不同的業(yè)務(wù)承載由于Qos要求不盡相同，因而對于切換中這部分?jǐn)?shù)據(jù)的關(guān)注點也不同。在業(yè)務(wù)承載中對數(shù)據(jù)的要求主要分為兩類：一種為對數(shù)據(jù)的時延的要求較高，如語音業(yè)務(wù)；一種為關(guān)心數(shù)據(jù)的完整，對時延要求不高，如文件數(shù)據(jù)的下載業(yè)務(wù)。下面的討論我們分別稱為：低完整性數(shù)據(jù)和高完整性數(shù)據(jù)12 13。2.3.3.2低完整性數(shù)據(jù)處理流程低時延數(shù)據(jù)主要應(yīng)用在映射模式為RLC UM模式的DRB承載和用于信令傳輸?shù)腟RB上。對于此類承載上的數(shù)據(jù)相對于完整性而言要更關(guān)心數(shù)據(jù)的延遲。這種類型數(shù)據(jù)的設(shè)計目標(biāo)在于減少設(shè)計的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)的延遲，但不可避免的會造成數(shù)據(jù)的丟失。在切換時，對于低時延數(shù)據(jù)要求的無線承載，對應(yīng)的PDCP實體應(yīng)該將頭壓縮上下文復(fù)位。由于在切換過程中新的密鑰總會產(chǎn)生，因此在安全性的角度沒有必要對用于加密的COUNT值進(jìn)行保留。在切換過程執(zhí)行中應(yīng)該保證在UE端沒有開始傳輸?shù)腜DCP SDU在切換完成后能夠傳輸?shù)侥康膃NodeB。在eNodeB端沒有開始傳輸?shù)腜DCP SDU能夠通過X2接口傳輸?shù)侥康膃NodeB，并在切換完成后傳輸給